三相交流电压表.doc

电控学院 08级测控专业综合实验 题 目： 三相交流电压表(软件) 院 （系）： 电气与控制工程学院 专业班级： 测控技术与仪器0802班 姓 名： 学 号： 指导老师： 2012年3月14日 一、 实验要求： 3 二、测量原理： 3 三、电压采样信号调理电路： 5 四、电压表原理框图： 6 五、 程序流程图： 6 六、 参考文献： 7 七、设计完成的功能： 8 八、总结及体会： 8 九、程序： 9 三相交流电压表设计 在发电厂、工矿、企业，经常要监测供电状况，所供的电压通常在几百伏，必须设计一种仪表来测量这种电压，因此诞生了三相交流电压表。 实验要求： 1． 设计方案中能用软件完成的尽量用软件实现，这样可以减少产片的成本，也减少硬件的一些干扰。 2. 本实验采用stc12c5A32AD单片机，由实验提供了该单片机的最小系统，线路板，在该线路板上扩展了部分功能，多余的I/O口也扩展出来，另外，实验室统一提供了显示路板，在该板子上有四个按键，一组四位一体数码管，采用74h164，扩展进行动态扫描显示。 3. 系统以STC51单片机最小系统为基础，在此基础上叫外围电路，由于单片机内部集成了A/D转换通道，因此将模拟电压输出通道与单片机的A/D输出通道直接相连，通过显示电路将得到的数据显示出来，并对A相电压进行4-20mA的变送输出。系统主要由键盘输入模块、被测电压输入模块、显示模块、电源及复位模块和CPU处理模块等组成。 4. 设计时分工进行，未提供原理图的设计自己必须画出原理图。 二、测量原理： 由于被测量的信号为交流信号，且信号幅度比较大，必须把这种大的信号变成小信号进行采样，根据采样的信号不同可以分为直流采样和交流采样两种。直流采样，顾名思义，采样对象为直流信号。它是把交流电压电流信号经过各种转化为直流电压，再有MCU采集。此方法软件设计简单，对采集值只做一次比例变换即可得到被测量的数值。 但直流采样法存在一些问题：测量精度直接受整流电路的精度和稳定性影响；整流电路参数调整困难且受波形因素影响比较大，此外用直流采样法测量工频电压，电流是通过测量平均值来求出有效值的，当电路中谐波含量不同时，平均值与有效值之间的关系也将发生变化，给计算带来误差。因此，要获得高精度、高稳定的测量结果，必须采用交流采样技术。 交流采样技术是按照一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，按一定算法进行数值处理，从而获得被测量的测量方法。该方法的理论基础是采样定理，即要求采样频率为被测信号频率中最高频率的2倍以上，这就要求硬件处理电路能提供高的采样速度和数据处理速度。目前单片机、DSP及高速A/D转换器的大量涌现，为交流采样技术提供了强有力硬件支持。交流采样法包括同步采样、准同步采样、非同步采样几种。 交流采样技术是将二次测得电压、电流变成MCU可以测量的交流小信号，然后直接送入MCU直接处理。由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样，因而实时性好，相位失真小。它用软件的功能代替硬件的功能又使硬件的投资大大减少。随着微机技术的不断发展，交流采样必将以其优异的性价比逐步取代传统的直流采样方法。 设交流电压电流表达式为： u（t）= 式中 ：u（t）—— t时刻电压瞬时值； —— 电压峰值； U ——电压有效值； ——角频率； 电压有效值公式： U= 若将电压有效值公式离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的函数值，则： U 式中： ——响亮采样的时间间隔； ——第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值； N——1个周期的采样点数。 若相邻两采样的时间间隔相等，即为常数，考虑到N=（）+1，则有 U= 式中就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期，采样点数计算电压信号的有效值的公式。 要求离散公式求得准确的测量结果，必须采样何时的采样频率，通常应大于采样定理规定的理论采样频率3倍以上，以保证一周内有足够的采样点数。当然，采样速度的高低取决于A/D转换器的转换速度、DSP的处理速度及实际需要等。当然，要获得高的精确测量结果，还需要采取软件数字滤波，硬件看干扰等有效措施。 三、电压采样信号调理电路： 电压取样电路如图1表示，交流电压是通过电阻分压来得到一需要的小电压。